CN105083548B - 一种系留旋翼平台电源传输系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种系留旋翼平台电源传输方法，包括以下步骤：利用地面升压变换装置将三相380VAC电源转换为400V直流电源；将400V直流电源通过输电装置传输到空中的多旋翼电动飞行器上；利用降压变换装置将电压变换到40VDC～50VDC，为多旋翼电动飞行器的电子速度控制器(ESC)及无刷电机提供电源；将40VDC～50VDC通过电源转换模块将电压降低至5VDC，为多旋翼电动飞行器的飞行控制器、传感器组提供持续电源。本发明还涉及一种系留旋翼平台电源传输系统。利用本发明可为系留旋翼平台提供超过10kW的电源传输能力，以支撑系留旋翼平台持续留空工作，降低系留旋翼平台整体重量和电源功率需求。
Description
技术领域
本发明涉及动力传动装置领域，具体而言涉及一种系留旋翼平台电源传输系统与方法。
背景技术
系留旋翼平台是一种以多旋翼电动飞行器为空中平台、通过输电缆绳从地面为其提供电源的升空平台。其中，电源传输是其中关键的一个组成部分。载荷能力超过15kg的系留旋翼平台需要的电源功率超过10kW，在电源传输过程中，输电缆绳的重量和损耗直接影响到系留旋翼平台的重量和功耗，需要采用先升压再降压的电源传输方式。
目前，国外仅见以色列的系留旋翼平台产品，但尚未发现其电源传输方法的相关技术。国内多旋翼电动飞行器虽然较多，但均采用电池提供电源，不涉及到电源传输。
电源传输虽然在电力系统等较长传输距离的应用中技术成熟，但这些电源传输方式对重量没有严格要求，往往电源降压装置的重量较重，无法满足系留旋翼平台的设计要求
发明内容
针对现有技术中系留旋翼平台对电源降压设备、输电缆绳重量的严格限制问题，本发明的目的旨在提出一种系留旋翼平台电源传输系统与方法，为系留旋翼平台提供超过10kW的电源传输能力，以支撑系留旋翼平台持续留空工作，降低系留旋翼平台整体重量和电源功率需求。
为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种系留旋翼平台电源传输系统，包括：地面升压变换装置、三相380V AC电源、输电装置和多旋翼电动飞行器，多旋翼电动飞行器包括降压变换装置、电子速度控制器、无刷电机、电源转换模块、飞行控制器、传感器组和螺旋桨，其中：
地面升压变换装置通过电缆分别接三相380V AC电源和输电装置；
输电装置通过电缆连接至安装在多旋翼电动飞行器上的降压变换装置上；
降压变换装置通过电缆分别连接至电子速度控制器和电源转换模块上；
电源转换模块再通过电缆分别与飞行控制器及传感器组连接；
电子速度控制器通过电缆再分别与飞行控制器和无刷电机相连接；
飞行控制器还通过电缆与降压变换装置连接；
螺旋桨通过螺母与无刷电机固定连接；
所述地面升压变换装置将所述三相380VAC电源的电源变换为400VDC电源，然后通过所述输电装置将电源传输到空中的降压变换装置，所述降压变换装置将电压变换为40VDC～50VDC后，供给所述电子速度控制器和电源转换模块；所述电源转换模块将40VDC～50VDC的电源变换为5VDC供应给飞行控制器以及传感器组，电子速度控制器在飞行控制器的控制下，调节无刷电机的转速，带动螺旋桨产生推力。
进一步的实施例中，所述输电装置包括电滑环、储缆筒、减速电机、变频器、排缆装置、承力电缆、镀银铜线、承力填芯以及承力接插件，其中：
电滑环的转动部分连接在储缆筒的一端减速电机与储缆筒的另一端连接，变频器通过电缆连接并控制减速电机；承力缆绳的一端采用胶装方式与承力接插件连接，其另一端穿过排缆装置卷绕在储缆筒上，然后与电滑环焊接；承力缆绳的内部由所述镀银铜线和承力填芯组成。
进一步的实施例中，降压变换装置由一高压输入接插件、一电源输出接插件、多个BCM模块以及一电源降压变换电路板组成，高压输入接插件、电源输出接插件分别连接在电源降压变换电路板的两个对端，高压输入接插件与承力接插件连接，BCM模块包括用于降压变换的总线转换器，其芯片型号为BCM384X480T325A00。
进一步的实施例中，所述电源降压变换电路板中，经所述输电装置的承力接插件的输出电源接入高压输入接口，该高压输入接口与所述高压输入接插件适配，经过滤波模块处理后，接入BCM模块进行降压变换，然后接到电源输出接口输出至电子速度控制器和电源转换模块，该电源输出接口与所述电源输出接插件适配。
进一步的实施例中，所述电源转换模块将40VDC～50VDC的电源变换为5VDC供应给飞行控制器以及传感器组，其中，飞行控制器通过控制信号对降压变换装置进行开关控制。
根据本发明的改进，本发明的另一方面还提出一种系留旋翼平台电源传输方法，包括以下步骤：
利用地面升压变换装置将三相380VAC电源转换为400V直流电源；
将400V直流电源通过输电装置传输到空中的多旋翼电动飞行器上；
利用降压变换装置将电压变换到40VDC～50VDC，为多旋翼电动飞行器的电子速度控制器(ESC)及无刷电机提供电源；
将40VDC～50VDC通过电源转换模块将电压降低至5VDC，为多旋翼电动飞行器的飞行控制器、传感器组提供持续电源。
进一步的实施例中，前述降压变换装置利用BCM芯片将400V直流电源变换成40VDC～50VDC输出。
由以上本发明的技术方案可知，，本发明所提供的系留旋翼平台电源传输系统与方法，通过在地面的转换、输电，以及在系留旋翼平台的电压变换，为系留旋翼平台提供超过10kW的电源传输能力，以支撑系留旋翼平台持续留空工作，降低系留旋翼平台整体重量和电源功率需求。与现有技术相比，其显著效果在于：
1)利用本发明的系统与方法，可使多旋翼电动飞行器通过输电缆绳提供大功率持续电源；
2)利用本发明的系统与方法，可降低系留旋翼平台输电缆绳重量，使系留旋翼平台降压变换装置具有较轻的重量，有效降低系留旋翼平台缆绳电源损耗；
3)利用本发明的系统与方法，显著提升输电缆绳电源传输功率。
附图说明
图1为本发明一实施方式系留旋翼平台电源传输系统的示意图。
图2为图1实施例中输电装置的一个示例性示意图。
图3为图1实施例中降压变换装置的一个示例性示意图。
图4为图3实施例中电源降压变换电路板的一个示例性示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
图1所示为本发明一实施方式系留旋翼平台电源传输系统的示意图，其中，一种系留旋翼平台电源传输系统，包括：地面升压变换装置1、三相380V AC电源2、输电装置3和多旋翼电动飞行器4，多旋翼电动飞行器4包括降压变换装置5、电子速度控制器6、无刷电机7、电源转换模块8、飞行控制器9、传感器组10和螺旋桨11。
如图1所示，地面升压变换装置1通过电缆分别接三相380V AC电源2和输电装置3；输电装置3通过电缆连接至安装在多旋翼电动飞行器上的降压变换装置5上；降压变换装置5通过电缆再分别连接至电子速度控制器6和电源转换模块8上；电源转换模块8再通过电缆分别与飞行控制器9及传感器组10连接。电子速度控制器6通过电缆再分别与飞行控制器9和无刷电机7相连接。飞行控制器9还通过电缆与降压变换装置5连接；螺旋桨11通过螺母与无刷电机7固定连接。
参考图1所示，所述地面升压变换装置1将所述三相380VAC电源2的电源变换为400VDC电源，然后通过所述输电装置3将电源传输到空中的降压变换装置5，所述降压变换装置5将电压变换为40VDC～50VDC后，供给所述电子速度控制器6和电源转换模块8；所述电源转换模块8将40VDC～50VDC的电源变换为5VDC供应给飞行控制器9以及传感器组10，电子速度控制器6在飞行控制器9的控制下，调节无刷电机7的转速，带动螺旋桨11产生推力。
飞行控制器9采集传感器组10的信息，按照控制要求实现多旋翼电动飞行器4进行升空以及平稳飞行。
如图2所示为输电装置的一个示例性示意图，本实施例中，所述输电装置3包括电滑环3-1、储缆筒3-2、减速电机3-3、变频器3-4、排缆装置3-5、承力电缆3-6、镀银铜线3-7、承力填芯3-8以及承力接插件3-9，其中：
参照图2，电滑环3-1的转动部分连接在储缆筒3-2的一端，减速电机3-3与储缆筒3-2的另一端连接，变频器3-4通过电缆连接并控制减速电机3-3，承力缆绳3-6的一端采用胶装等工艺与承力接插件3-9进行连接，另一端穿过排缆装置3-5卷绕在储缆筒3-2上，然后与电滑环3-1进行焊接。承力缆绳3-6内部由镀银铜线3-7和承力填芯3-8组成。
如图3所示为降压变换装置的一个示例性示意图，其中，降压变换装置5由一高压输入接插件5-1、一电源输出接插件5-3、多个BCM模块5-2以及一电源降压变换电路板5-4组成，高压输入接插件5-1、电源输出接插件5-2分别连接在电源降压变换电路板5-4的两个对端，高压输入接插件与承力接插件连接，BCM模块5-2包括用于降压变换的总线转换器，其芯片型号为BCM384X480T325A00。值得一提的是，BCM模块的总线转换器，是一种DC/DC转换模块。
如图4所示为降压变换装置中电源降压变换电路板的示意图，所述电源降压变换电路板中，经所述输电装置3的承力接插件3-9的输出电源接入高压输入接口12，该高压输入接口12与所述高压输入接插件5-1适配，经过滤波模块处理后，接入多个BCM芯片14(1)～14(n)进行降压变换，然后接到电源输出接口13输出至电子速度控制器6和电源转换模块8，该电源输出接口13与所述电源输出接插件5-3适配。
飞行控制器9通过控制信号对降压变换装置5进行开关控制。采用本实施例的降压变换装置5，具有最低95％的电源转换效率，工作环境温度范围达到-40℃～+125℃的要求。当采用12个BCM芯片14时，降压变换装置5能够持续产生3.9kW的输出功率。在多旋翼电动飞行器4采用四旋翼方案时，则需要四个降压变换装置5，总的持续输出功率达到15.6kW，能够满足载荷要求超过15kg系留旋翼平台的功率需求。
参照图4，滤波模块由电容16和电感17(1)～17(n)组成，用于进行滤波处理。
参考图1所示，一种系留旋翼平台电源传输方法，其实现包括以下步骤：
利用地面升压变换装置将三相380VAC电源转换为400V直流电源；
将400V直流电源通过输电装置传输到空中的多旋翼电动飞行器上；
利用降压变换装置将电压变换到40VDC～50VDC，为多旋翼电动飞行器的电子速度控制器(ESC)及无刷电机提供电源；
将40VDC～50VDC通过电源转换模块将电压降低至5VDC，为多旋翼电动飞行器的飞行控制器、传感器组提供持续电源。
如前所述，前述降压变换装置利用BCM芯片将400V直流电源变换成40VDC～50VDC输出。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (6)
1.一种系留旋翼平台电源传输系统，其特征在于，包括：地面升压变换装置、三相380VAC电源、输电装置和多旋翼电动飞行器，多旋翼电动飞行器包括降压变换装置、电子速度控制器、无刷电机、电源转换模块、飞行控制器、传感器组和螺旋桨，其中：
地面升压变换装置通过电缆分别接三相380V AC电源和输电装置；
输电装置通过电缆连接至安装在多旋翼电动飞行器上的降压变换装置上；
降压变换装置通过电缆分别连接至电子速度控制器和电源转换模块上；
电源转换模块再通过电缆分别与飞行控制器及传感器组连接；
电子速度控制器通过电缆再分别与飞行控制器和无刷电机相连接；
飞行控制器还通过电缆与降压变换装置连接；
螺旋桨通过螺母与无刷电机固定连接；
所述地面升压变换装置将所述三相380VAC电源的电源变换为400VDC电源，然后通过所述输电装置将电源传输到空中的降压变换装置，所述降压变换装置将电压变换为40VDC～50VDC后，供给所述电子速度控制器和电源转换模块；所述电源转换模块将40VDC～50VDC的电源变换为5VDC供应给飞行控制器以及传感器组，电子速度控制器在飞行控制器的控制下，调节无刷电机的转速，带动螺旋桨产生推力；
其中，所述输电装置包括电滑环、储缆筒、减速电机、变频器、排缆装置、承力电缆、镀银铜线、承力填芯以及承力接插件，其中：
电滑环的转动部分连接在储缆筒的一端,减速电机与储缆筒的另一端连接，变频器通过电缆连接并控制减速电机；承力电缆的一端采用胶装方式与承力接插件连接，其另一端穿过排缆装置卷绕在储缆筒上，然后与电滑环焊接；承力电缆的内部由所述镀银铜线和承力填芯组成。
2.根据权利要求1所述的系留旋翼平台电源传输系统，其特征在于，所述降压变换装置由一高压输入接插件、一电源输出接插件、多个BCM模块以及一电源降压变换电路板组成，高压输入接插件、电源输出接插件分别连接在电源降压变换电路板的两个对端，高压输入接插件与承力接插件连接，BCM模块包括用于降压变换的总线转换器，其芯片型号为
BCM384X480T325A00。
3.根据权利要求2所述的系留旋翼平台电源传输系统，其特征在于，所述电源降压变换电路板中，经所述输电装置的承力接插件的输出电源接入高压输入接口，该高压输入接口与所述高压输入接插件适配，经过滤波模块处理后，接入BCM模块进行降压变换，然后接到电源输出接口输出至电子速度控制器和电源转换模块，该电源输出接口与所述电源输出接插件适配。
4.根据权利要求1所述的系留旋翼平台电源传输系统，其特征在于，所述飞行控制器通过控制信号对降压变换装置进行开关控制。
5.一种利用权利要求1所述的系留旋翼平台电源传输系统实现的系留旋翼平台电源传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用地面升压变换装置将三相380VAC电源转换为400V直流电源；
将400V直流电源通过所述输电装置传输到空中的多旋翼电动飞行器上；
利用降压变换装置将电压变换到40VDC～50VDC，为多旋翼电动飞行器的电子速度控制器及无刷电机提供电源；
将40VDC～50VDC通过电源转换模块将电压降低至5VDC，为多旋翼电动飞行器的飞行控制器、传感器组提供持续电源。
6.根据权利要求5所述的系留旋翼平台电源传输方法，其特征在于，前述降压变换装置利用BCM芯片将400V直流电源变换成40VDC～50VDC输出。
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